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潘建伟手握量子密钥的人中国新闻周刊 [复制链接]

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潘建伟(左二)在中国科学技术大学一实验室内了解科研情况。图/受访者提供

本刊记者/彭丹妮

物理学家给人们的刻板印象,就像《生活大爆炸》里谢尔顿那样——不善言辞,甚至有轻度社交障碍。然而,潘建伟善于沟通。无论面对记者还是成百上千的普通听众,他都能侃侃而谈,不时用通俗易懂的例子解释晦涩的量子物理。

在谈到什么是量子态隐形传输时,他将一对纠缠粒子比作夫妻,第三个粒子的介入就像是插足的第三者,会和夫妻中的一方结合成新的夫妻。与此同时,“第三者”携带的单身信息就传递到那个不幸变成“单身汉”的那个粒子上。

很多人也注意到了他的这种特质。《华盛顿邮报》就这样描述他的演讲风格:在年7月于上海举办的一场学术论坛上,潘建伟用科学痴人爱因斯坦与“星际迷航”的笑话来辅助幻灯片演示;在谈到“薛定谔的猫”这个量子物理中的经典思想实验时,潘则运用站立又平躺的卡通猫图片来解释量子叠加的概念。

这样健谈的风格,或许是这位物理学家能够为其艰深的科学研究找到更多支持的一个砝码。“潘建伟是热情的乐观主义者,同时,他有说服投资者的天赋。”《自然》杂志这样评价他。

尽管潘建伟不是中国最早开始量子领域研究的人,但在最近几年,他成了国内这一领域旗帜性的人物,在一些媒体报道中,甚至被冠以“中国量子之父”的称号。这位中国科学技术大学常务副校长、中科院院士与物理学家是眼下中国最当红的科学明星:年,潘建伟被《自然》杂志评为年度十大科学人物;年,入榜美国《时代》周刊年度最具影响力人物;同年冬天,他与诺贝尔奖得主屠呦呦等人一起,入选中国位改革开放先锋人物。

明星科学家之路

年9月29日,在北京海淀区西北旺地区一处写字楼里面,奥利地首都维也纳和北京这两个相隔半个地球的城市之间举行了一场不寻常的视频连线。这次通话的信号路线,先通过“京沪干线”北京控制中心与“墨子号”卫星兴隆地面站的连接,然后通过“墨子号”卫星与奥地利地面站接通。

此次视频依然使用传统通信,特殊之处在于采用量子密钥对信息进行加密,使其成为世界上首个跨洲际的量子保密视频通信。在中国领先的前沿科技中,量子通信是浓墨重彩的一笔,而潘建伟和他领导的团队,则是促成这一优势的核心因素。

年,在中科大近代物理系完成本科与硕士阶段学习的潘建伟,进入奥地利因斯布鲁克大学攻读博士学位,师从安东·塞林格。彼时,他并不知道塞林格正领衔着一个量子信息研究大型项目——在中国,当时一个科研项目的经费常常只有五万、十万元人民币,而这个项目却是一百多万欧元级别的。

在世界级实验室,潘建伟一边在一线参与实验,同时也在琢磨将来应该往什么方向发展。那时候,他就已经开始留心所学所做,打算未来将这一新兴技术带回中国。

潘建伟在因斯布鲁克大学就读期间,量子计算机最早的开拓者之一彼得·佐勒是该校的教授。他告诉《中国新闻周刊》,潘参与了量子通信早期的实验,并奠定了他在领域中的地位。但将潘建伟与其他学生区分开来的,则是一种能够看清下一步并着手计划的“远见”。

彼得·佐勒认为,如果他的学生、清华量子信息中心执行主任段路明是那种深耕某一个方向、不太擅长表达也不愿意被其他事物分心的科学家,那么潘建伟则是另一种类型:他不一定亲自去拨弄实验器材,但是他能站在后方运筹帷幄。段路明比潘建伟小三岁,潘建伟从因斯布鲁克大学博士毕业那年,段路明赴该校理论物理研究所从事博士后研究。

中国对量子物理的研究,最早可追溯至年代,那时候的研究还比较零散,不成气候。年代,中科大的郭光灿与山西大学的彭堃墀等一批先行者们,开始系统性地涉足量子物理。二人后来同在年当选为中科院院士。先于潘建伟十多年之前,年,中科院物理所研究员吴令安实现了国内第一个自由空间量子密钥分发演示实验。年,在郭光灿的多方努力下,他终于申请到了第一个国家科技部“”项目“量子通信与量子信息技术”。就在这一年,从德国回到中国科大的潘建伟,也在郭的项目中担任相关课题的负责人,并开始着手建立自己的实验室。

“潘的专长主要是光子以及量子储存器,但是他会想到,如果要在国际竞争中有一席之地,还需要哪些拼图,并有眼光选择未来能够带领各个板块的年轻人。”彼得·佐勒说。如今,“潘建伟的研究团队几乎覆盖了量子信息科学的所有领域,包括冷原子、精密测量、超导量子计算和量子传感器等等。”彼得·佐勒说,“这就像打好了一个宽的地基,以后才能在上面盖高塔,而不是手里只拿着一块砖。”

潘建伟通过送学生去国际一流机构深造来培养团队。在美国斯坦福、英国剑桥、牛津等顶尖大学的相关实验室,都有他派出去合作研究的学生。“我跟学生们说,咱们做一个约定:大家把几个技术全学会,然后在适当的时候一起回国,合起来做一点别的团队做不了的事情。”潘建伟说。

潘的团队从年开始做量子卫星的实验:系列地面实验证明,通过卫星进行保密通信是可行的。在潘建伟的领导下,年8月,量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心发射升空,是全球首颗量子卫星;年9月,长度超过千米、由32个中继站组成的世界上第一条长距离量子安全通信线路“京沪干线”投入使用。

在潘建伟团队实施这些项目之前,国际上已经开展了多个量子密钥分发传输的实验。年,英国国防部在10公里的光纤中实现了相位编码量子密钥分发;年,美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室实现了米的量子密码自由空间传输;年,瑞士实现了67公里的量子密钥分发实验;年,世界上第一个量子密码通信网络在美国马萨诸塞州剑桥城正式投入运行,网络传输距离约为10公里。

年,沃尔夫物理学奖颁给了量子通信领域的两位科学家本内特与布拉萨德,他俩既是量子密钥分发方案的提出者,也是量子隐形传态的最早提出者。在潘建伟提供给《中国新闻周刊》的一份资料中写道:“今年在介绍沃尔夫物理学奖获得者的网页上专门提到,量子密钥分发已经成功实现商业化,在光纤中已经能做到几百公里,用卫星可以做到上千公里。需要指出的是,这两个纪录都是我国科学家创造的……这是中国科学家的贡献,也是中国量子通信领先世界的标志。”换句话说,中国人虽然没有做出量子密钥分发的基础理论原始创新,但在应用实践中走在了世界前面。

潘建伟介绍“超导量子计算机路线图”。图/新华

“大时代”

年,只是中国科大物理系一名普通讲师的郭光灿,还在为区区多元的办会经费而奔波。他向学校争取到经费后,在安徽省滁州市琅琊山琅琊寺召开了全国第一届量子光学学术会议,邀请到了50多人参会。而郭所从事的量子科研,当时一度因被质疑为伪科学,申请科研项目时屡屡碰壁。

时光流转,到了年,当潘建伟回国组建自己的实验室时,他透露“中科院与基金委给了万的资金支持,这在当时是笔巨款。”这笔钱是他的团队开展一些小规模前瞻性研究的基础。

在年10月末的一场量子技术国际研讨会上,法国科学院院士阿兰·阿斯佩表示,中国同行能走到世界前茅,一方面得益于有非常好的想法,一方面得益于他们能够申请到足够的经费去实现这个想法、达到现在这种规模,这也是中国经济高速发展的结果。

多位从事量子通信领域研究的外国学者都提到,过去,因成本考虑,欧洲和美国都不愿意投资量子卫星。俄罗斯量子中心专门研究量子加密攻防的科学家VadimMakarov在接受《中国新闻周刊》采访时就表示,“我们没办法说服一些欧洲国家与美国政府对这个领域给予足够的投资,而中国做到了。”

“如果没有国家强大的经费支持,就没有办法做那些实验,只能光在纸上谈兵了。”华南师范大学信息光电子科技学院教授张智明近来接受媒体采访时表示,在量子科学等基础研究方面,国家经费支持强度很大,普通项目也都能申请到七八十万,而一些受重视的大团队,要人有人、要钱有钱,“有些项目的经费多达数千万、上亿元”。

在多个公开场合,潘建伟都提到这种国家支持的意义。“我们正处在一个大时代,更好的说法是新时代,这得益于国家经济的发展,让我们能够做一些让国外的同事也羡慕的事情。”在年的未来科学大奖颁奖典礼上,潘建伟如是说。

据大连理工大学一支研究团队今年3月发布的《中国研发经费报告()》,~年,中国政府研发经费支出从亿元增长至约亿元,平均年增长率为13%;年中国全社会研发经费投入已达1.76万亿元,仅次于美国。

更多资金正在向量子技术领域涌入,拥有全国政协委员身份的潘建伟在其中扮演重要角色。年7月,作为量子信息科学国家实验室的先行探索,中国科学院量子信息与量子科技创新研究院揭牌,潘建伟担任院长,安徽省、合肥市首期联合安排了10亿元专项科研资金进行前期配套,安徽省也成立了远期规模可达亿元的量子技术发展基金支持科技成果转化。年年底,合肥量子信息科学国家实验室全面开工,总投资约70亿元。

量子保密通信是什么

上海交通大学电子工程系教授曾贵华向《中国新闻周刊》介绍,量子技术广义上包括量子物理与量子信息技术两大板块。在量子信息技术中,主流的细分领域主要包括四大部分:量子通信、量子计算机、包括量子成像与量子陀螺在内的量子精密测量,以及该领域通用的一些支撑性材料或器件。

潘建伟告诉《中国新闻周刊》,量子通信主要包括量子密钥分发和量子隐形传态。他此前也曾表示,国际上把量子隐形传态、量子纠缠交换和量子密钥分发等几种技术统称为量子通信。量子通信并非狭义化的概念,是指用量子态来传递信息,所传递的信息可以是经典信息,也可以是量子信息。

不过,中科大量子信息重点实验室主任、中科院院士郭光灿在其《量子十问之五:量子密码是量子通信吗?》一文中指出,真正的“量子通信”有其确切的内涵,即将信息编码在量子比特上,在量子通道上将量子比特从甲方传给乙方,直接实现信息的传递。这种真正的“量子通信”目前仍处于基础研究阶段,离实际应用还相当遥远。

曾贵华介绍说,通信追求有效性、可靠性与可信性。其中,可信性

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